Электрохимические методы защиты газопромыслового оборудования (стр. 1 из 2)

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный технологический Университет

Контрольная работа на тему:

Электрохимические методы защиты газопромыслового оборудования

Казань 2008

Содержание

Введение

Основные положения теории коррозии

Принципы создания коррозионных сплавов

Металлические покрытия

Заключение

Список литературы

Введение

Коррозия металлических сооружений причиняет огромный ущерб всем отраслям народного хозяйства. Особенно велики потери в результате коррозии нефте- и газопромыслового оборудования, что связано с наличием высокоагрессивных компонентов в рабочих средах и другими особенностями работы оборудования. Долговечность и надежность работы его во многом зависят от технико-экономической характеристики конструкционного материала для нефтегазодобывающего оборудования, к которому предъявляют чрезвычайно высокие требования; он должен обладать сочетанием прочностных и пластических свойств, сохраняющихся в широком интервале температур, высокой коррозионной стойкостью, стойкостью против водородного охрупчивания, коррозионного растрескивания и др.

Многие нефтяные и газовые месторождения расположены в отдаленных и труднодоступных районах, что усложняет транспортирование оборудования, увеличение глубин скважин и большие габариты оборудования требуют подъемных механизмов большой мощности, поэтому желательно использование конструкционных материалов, позволяющих снизить массу конструкций. Конструкционные материалы должны быть технологичны и недефицитны.

Использование новых конструкционных материалов, таких, как алюминиевые сплавы, титан и его сплавы, взамен традиционных углеродистых сталей в значительной степени могло бы способствовать .повышению технико-экономических показателей оборудования. Применение этих и других материалов в виде металлических покрытий углеродистой стали позволяет расширить диапазон свойств конструкционных материалов и увеличить долговечность оборудования. Конструкционный материал необходимо выбирать с учетом характера коррозионного разрушения оборудования в процессе его эксплуатации.

Основные положения теории коррозии

Коррозия металлов – это разрушение поверхности металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия с агрессивной средой.

Большинство металлов подвержено местному виду коррозионного разрушения: межкристаллитной коррозии, питтингу, избирательной коррозии, коррозионным растрескиванию или усталости и др. Считается, что характер коррозионного разрушения зависит от взаимного расположения анодных и катодных участков в процессе коррозии. При постоянном их расположении коррозионные разрушения имеют ярко выраженный местный характер.

Так, при питтинге анодные участки фиксируются на дне пор в защитной пленке, при межкристаллитной коррозии—на границах зерен, в процессе коррозионного растрескивания — в вершинах трещин и т. п.

Равномерная коррозия является результатом непрерывного перемещения анодных и катодных участков, возникающих вследствие субмикроскопической неоднородности металла — наличия дислокаций, инородных атомов в решетке основного металла, термической флуктуации атомов металла и др. Примеры местной коррозии при постоянном расположении анодных и катодных участков и равномерной коррозии в случае их непрерывной флуктуации приведены па рисунке 1.

Общая коррозия может привести к значительным потерям металла, так как разрушается вся поверхность металла, соприкасающаяся с агрессивной средой. Вместе с тем общая коррозия представляет собой один из наименее опасных видов коррозии при условии, что скорость

растворения металла вследствие коррозионных разрушений не превышает норм, определяемых условиями работы оборудования. При достаточной толщине металла коррозия мало сказывается на уменьшении механической прочности конструкции при равномерно распределенных напряжениях по сечению (растяжение, сжатие). Однако общая коррозия может быть

Рисунок 1.

Основные типы электрохимической неоднородности корродирующей поверхности металла

1— контакт разнородных металлов; 2 —дифференциальная аэрация; 3 — образование питтинга, щелевая коррозия; 4 — коррозионное растрескивание или усталость; 5 — межкристаллитная коррозия; 6 — структурно-избирательная коррозия; 7—компонентно-избирательная коррозия сплава типа твердого раствора; 8 — наличие дислокаций в кристаллической решетке; 9 — различие в расположении атомов; 10 — термическая флуктуация атомов металла и молекул растворителя

опасной при работе металла на кручение или изгиб, так как разрушаются наиболее нагруженные слои.

Местная коррозия, наоборот, при ничтожных потерях металла может вызвать катастрофическое падение прочности. Сквозное разрушение оборудования, например трубопроводов, резервуаров и др., влечет потерю продукции, загрязнение окружающей среды и возможность создания аварийной ситуации вследствие взрыво- и пожарной опасности продукции.

Общая коррозия по сравнению с местной легче поддается защите. Иногда для защиты оборудования от общей коррозии достаточно увеличить припуск с целью компенсации потери металла. Защита от местной коррозии требует не только воздействия на контролирующий фактор коррозионного процесса для уменьшения скорости коррозии, но также применения мер для устранения локализации коррозионного разрушения.

Коррозия в двухфазных средах

Условия коррозионного разрушения газопромыслового оборудования отличаются особой спецификой, связанной с гетерогенностью, добываемой из скважины продукции. Соотношение углеводородной и водной фаз в продукции может быть различным. При больших скоростях движения потока, обеспечивающих интенсивное перемешивание фаз, образуется эмульсионная система типа масло в воде или вода в масле. При отстое происходит разделение на две несмешивающиеся фазы. Во всех случаях коррозионной средой является вода.

Механизм и кинетика протекания коррозионного процесса зависят от характера соотношения углеводородной и водной фаз.

Коррозия стали в двухфазных эмульсионных системах

Коррозионная агрессивность среды определяется физико-химическими свойствами углеводородного и водного компонентов системы, их составом, количественным соотношением, наличием растворенных газов (сероводорода, углекислого газа, кислорода), в значительной степени зависит от условий разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, типа скважины, способа добычи, температуры, давления, скорости движения среды и др. Совокупность всех факторов оказывает различное влияние на интенсивность коррозии. При прочих равных условиях решающее влияние на коррозионную агрессивность среды оказывает сероводород. Поэтому принято классифицировать нефтяные и газовые скважины на содержащие и не содержащие сероводород.

Однако агрессивность сероводорода, а также других растворенных в двухфазной среде газов проявляется в скважинах лишь в присутствии воды. Так, насосно-компрессорные трубы в газоконденсатных скважинах практически не корродируют ниже зоны конденсации несмотря на то, что на этом участке трубы давление и температура достигают наибольших значений.

Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений представляют собой высокоминерализованные растворы солей преимущественно хлористого натрия и кальция, однако при отсутствии в них сероводорода, углекислого газа или кислорода оказывают, как правило, слабое коррозионное воздействие на стальное оборудование скважин. При наличии же этих газов или попадании в воду кислорода коррозионная активность вод резко возрастает.

Принципы создания коррозионных сплавов

Среди широкого арсенала применяемых в настоящее время эффективных методов защиты от коррозии металлических конструкций и оборудования использование коррозионностойких сплавов — один из наиболее надежных методов повышения долговечности оборудования. В особо жестких условиях эксплуатации, например, при одновременном воздействии агрессивных сред, высоких температур, механических напряжений и т. п., сложному комплексу требований к конструкционному материалу наиболее полно удовлетворяют коррозионностойкие сплавы.

На базе современной теории коррозионных процессов научно обоснованы и практически используются следующие направления повышения коррозионной стойкости сплавов: повышение их термодинамической стабильности, торможение катодных процессов, торможение анодных процессов.

Торможение катодных процессов

Торможение катодных процессов способствует повышению коррозионной стойкости сплавов лишь в тех случаях, когда коррозия идет с катодным контролем, и определяется кинетикой процесса восстановления катодного деполяризатора. Торможение катодного процесса в этом случае возможно создать уменьшением площади катодных участков сплава или введением в сплав добавок, повышающих перенапряжение катодного процесса, обычно перенапряжение водорода. Эффективное уменьшение площади катодных участков достигается при закалке сплава. Например, для дюралюминия в результате закалки происходит растворение активного катодного включения СuА1₂ и гомогенизация структуры, повышающая коррозионную стойкость сплава как в кислых, так и в нейтральных растворах. В качестве примера увеличения перенапряжения катодного процесса можно указать, на повышение коррозионной стойкости латуней легированием малыми дозами мышьяка. По данным ВНИИНЕФЕМАШ легирование латуней марок ЛО70-1 или ЛА77-2 мышьяком в количестве 0,05—-0,06% приводит к увеличению срока службы труб конденсационно-холодильного оборудования в 1,5—2 раза.